Kuulet termin hertsi sähkössä sekä keskustellessasi sähkömagneettisten aaltojen - joista valo- ja radioaallot ovat esimerkkejä - välityksestä ja tietokoneen prosessorien nopeudesta. Kaikkien näiden ilmiöiden yhteinen tekijä on, että niihin liittyy jonkin tyyppinen värähtely, ja hertsiyksikköä käytetään näiden värähtelyjen taajuuden mittaamiseen. Sillä on yksinkertainen merkitys. Yksi hertsi on yksinkertaisesti yksi sykli sekunnissa. Se kirjoitetaan yleensä lyhennetyssä muodossa, joka on Hz. Siten sen sijaan, että kirjoittaisit 100 sykliä sekunnissa, tutkijat kirjoittavat 100 Hz.
Kotitalouksia kaikkialla maailmassa käyttävä sähkö tunnetaan vaihtovirralla. Sen sijaan, että virtaisi suoraan liitinparin välillä, vaihtovirta värähtelee, ja jaksojen määrä sekunnissa ilmaistaan hertseinä. Tuotetun sähkön taajuus ei ole sama kaikissa maissa, mutta se on yhtenäinen 60 Hz koko Pohjois-Amerikassa. Yleensä sähkömagneettinen energia koostuu värähtelevistä aaltomuodoista, ja värähtelyjen taajuus, ilmaistuna Hz: nä, määrää säteilyn ominaisuudet.
Hertz-yksikön alkuperä
Hertsi on nimetty saksalaisen fyysikon Heinrich Hertzin (1857–1894) mukaan, jonka on osoitettu osoittavan sähkömagneettisen säteilyn olemassaolon. Hänen löytönsä vahvistivat teoriat, jotka James Clerk Maxwell on perustanut ja jotka on esitetty neljässä kuuluisassa yhtälössä, jotka osoittivat, että valo ja lämpö ovat sähkömagneettisia ilmiöitä.
Matkan varrella Hertz oli myös ensimmäinen tutkija, joka vahvisti valosähköisen vaikutuksen olemassaolon ja havaitsi ensimmäisenä radioaallot. Ei käytännöllinen mies, Hertz ei uskonut, että näillä saavutuksilla olisi mitään hyötyä maailmassa, mutta itse asiassa ne loivat perustan modernille langattomalle aikakaudelle. Kaikista saavutuksistaan tiedemaailma kunnioitti Hertziä vuonna 1930 nimeämällä taajuusyksikön hänen mukaansa.
Miksi tuotettu sähkö on syklistä?
Voimalaitokset ympäri maailmaa tuottavat sähköä sähkömagneettisella induktiolla, jonka fyysikko Michael Faraday löysi ja jonka fyysikot tutkivat koko 1800-luvun. Tämän ilmiön perusta on, että muuttuva magneettinen viila indusoi sähkövirran johtimessa. Generaattorit käyttävät tätä periaatetta käyttämällä höyryä pyörittämään suurta johtavaa kelaa voimakkaassa magneettikentässä. Kelan pyörimisen takia tuotettu sähkö muuttaa napaisuutta kelan jokaisen pyörimisen yhteydessä. Se tunnetaan vaihtovirrana, ja napaisuuden muutoksen taajuus, mitattuna Hz: ssä, riippuu turbiinin pyörimisnopeudesta.
Pohjois-Amerikan 60 Hz: n standardi palaa Nikola Teslalle, joka suunnitteli ensimmäisen sähkövoimalan Niagaran putouksilla. Tesla huomasi, että 60 Hz oli tehokkain taajuus energian jakamiseen voimajohdoilla. Euroopassa ja osissa Aasiaa, joissa vaihtovirran vakiotaajuus on 50 Hz, sähkönsiirto on 15-20 prosenttia vähemmän tehokas.
Hertz-yksikkö sähkömagneettisessa säteilyssä
Kaikissa aaltoilmiötyypeissä taajuus ja aallonpituus ovat vastavuoroisia määriä. Koska kaikki sähkömagneettinen säteily kulkee samalla nopeudella - valon nopeudella - säteilyn taajuus laskee aallonpituuden kasvaessa. Kehittäessään kvanttifysiikan käsitteitä Max Planck huomasi, että energia (E) aaltopaketin - kvantin - arvo on verrannollinen sen taajuuteen (f). Yhtälö onE = hf, missähon Planckin vakio.
Suurimman energian omaava säteily on korkeinta taajuutta, ja se mitataan usein megahertseinä (106 Hz), gigahertsi (109 Hz) aina peta-hertsiin asti (1015 Hz). Säteily, jonka taajuudet ovat petahertsialueella, voi esiintyä mustien aukkojen ja kvasaarien sydämissä, mutta ei ihmisten jokapäiväisessä maanpäällisessä maailmassa.